[发明专利]一种体声波器件及集成结构

说明书

本申请公开了一种体声波器件，采用包含绝缘层的衬底，在绝缘层一侧的半导体材料中具有空腔，在该层半导体材料的空腔之上依次具有底电极、压电薄膜和顶电极。本申请的体声波器件同样是基于包含绝缘层的衬底，但是结构最为简单，而且不用改变现有基于体硅衬底的体声波器件制造工艺即可实现。

技术领域

本申请涉及一种体声波(BAW，bulk acoustic wave)器件。

背景技术

薄膜体声波谐振器(FBAR或TFBAR，Thin-film bulk acoustic resonator)是一种典型的体声波器件，也是一种MEMS(micro-electro-mechanical systems，微机电系统)器件，主要包括上下两层金属电极以及夹在两个电极之中的压电材料，三者构成三明治结构。FBAR常用于制作手机等移动终端中的射频滤波器，所述滤波器由一组FBAR构成，例如采用半梯形(half-ladder)、全梯形(full-ladder)、晶格(lattice)、堆叠(stack)等拓扑结构，用来滤除无用频率同时允许特定频率通过。FBAR还用于制作双工器，以部分取代早期的表面声波(SAW，surface acoustic wave)器件，其优势在于尺寸小、工艺先进、效率提升。此外，FBAR还用于制作微波振荡器、传感器、功率放大器、低噪声放大器等。

基于FBAR的射频滤波器通常采用高阻抗的体硅(bulk silicon)作为衬底，在体硅晶圆(wafer)上制造完成射频滤波器并进行封装后，或者通过SMT(surface-mounttechnology，表面安装技术)的方式焊接在印刷电路板上，或者与其他射频器件(例如功率放大器、射频开关)进行二次封装以形成射频模块后再焊接在印刷电路板上。

请参阅图1，这是一种现有的基于体硅衬底的FBAR。在体硅衬底100的上方自下而上分别具有底电极201、压电薄膜202和顶电极203。所述体硅衬底100也可改为蓝宝石、砷化镓、氮化镓、碳化硅、石英、玻璃等衬底材料。所述底电极201、顶电极203例如为铝、金、铝铜合金、铝硅合金、铝硅铜合金、钨、钛、钛钨化合物、钼、铂等金属材料。所述压电薄膜202例如为氧化锌、PZT(Lead zirconate titanate，锆钛酸铅)、氮化铝等压电材料。体硅衬底100和底电极201之间具有从体硅衬底100的上表面向下凹陷的空腔104。

请参阅图2，图1所示的FBAR的制造方法包括如下步骤：

步骤S101，在体硅衬底100的表面刻蚀出一个凹坑，例如采用光刻和刻蚀工艺。凹坑的形状就是空腔104及其边缘的牺牲层释放通道的总和。

步骤S102，在体硅衬底100上淀积一层牺牲层，至少将所述凹坑填充满。所述牺牲层例如为二氧化硅、铝、镁、锗等。

步骤S103，采用化学机械研磨(CMP)等平坦化工艺将牺牲层研磨至与体硅衬底100的上表面齐平。

步骤S104，在体硅衬底100和牺牲层之上先生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成底电极201，例如采用溅射、光刻和刻蚀工艺。底电极201大致覆盖所述凹坑的位置，但暴露出牺牲层释放通道的位置。

步骤S105，在体硅衬底100、牺牲层和底电极201之上先淀积一层压电材料，然后将该层压电材料刻蚀成压电薄膜202。压电薄膜202完整覆盖凹坑，但暴露出底电极201的引出端。

步骤S106，在体硅衬底100、牺牲层、底电极201和压电薄膜202之上先生长一层金属，然后将该层金属刻蚀成顶电极203，例如采用淀积、光刻和刻蚀工艺。

步骤S107，刻蚀压电薄膜202从而暴露出牺牲层释放通道的位置，然后通过该牺牲层释放通道去除全部的牺牲层，例如采用光刻、刻蚀、湿法腐蚀工艺。原本被牺牲层占据的部分就成为空腔104，位于体硅衬底100和底电极201之间。